[发明专利]基于过门限修正的盲脉冲信号TOA估计方法

说明书

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于过门限修正的盲脉冲信号TOA估计方法。本发明是一种基于时域自相关积累过门限检测，并对直接过门限检测TOA估计的结果进行修正的TOA估计方法，其主要特点在于利用了信号及其包络的概率模型，并通过数学推导得到滑动窗口内有效信号点数的估计值，再以此对直接过门限检测得到的结果进行修正，最终得到TOA及脉冲宽度(PW)的精确估计值。本发明所描述的TOA、PW估计方法，达到了更高的估计精确度，并且具有计算量非常小，且易于FPGA及DSP的硬件实现的特点。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种在盲信号侦察接收机中适用的具有高精度、低复杂度的脉冲信号到达时间(TOA)估计方法。

背景技术

在低信噪比条件下实现脉冲信号的到达时间(TOA)估计，一直是雷达、通信、测距定位、电子侦察等信号处理领域的重要课题，根据对信号先验信息，如调制方式、载频、初相、幅度等参数的认知程度，可将TOA的估计方法大致分为两类：1)信号参数全部或部分已知，这种情况大多出现在雷达、通信等处理合作信号的领域，主要用于进行目标测距、同步定时等场合，此时采用最大似然估计、匹配滤波等方法可以获得相当精确的TOA估计值。2)信号参数全部未知，这种情况主要出现于电子侦察领域，如雷达侦察中需要获取对方雷达站所发射的脉冲信号的TOA信息以进行雷达分选和辐射源识别，此时由于信号先验信息完全未知，匹配滤波等方式将不再适用，而电子侦察由于其特殊背景，通常对信噪比、估计精度以及计算实时性的要求更为苛刻。所以提出一种在低信噪比情况下，适用于任意类型、参数的盲脉冲信号，且估计精度较高的TOA估计方法是具有较高实用价值的。

通过在信号时域上对其进行能量积累或自相关积累，是常用的无需信号先验信息的信号检测方法，并且具有计算简单、实时性高、易于硬件实现的特点，其中自相关积累利用了信号自身具有相关性而噪声没有的性质，进一步提高了检测的性能。输入信号在经过自相关积累之后得到其包络，再根据自适应方法得到的或固定值的门限对其包络进行过门限检测，超过门限的判定为存在有效的脉冲信号，剩余部分判定为纯噪声，因此，可以根据判定的结果，将第一个超过门限的点的时刻视为脉冲信号的TOA。

直接通过过门限检测标志进行TOA估计，除了由于信号幅度不稳定及噪声影响外，其估计误差主要还来自于两个方面：1)信号采样点的时间分辨率，在进行基带信号的处理时，信号的采样率通常已经被下变频到较低的位置，这就导致TOA估计如果按整数倍采样率计算，其分辨率最高也无法超过信号的采样率；2)一定长度的滑动窗积累导致的信号包络边沿的平滑，对信号取一定长度的自相关积累可以提高检测的性能，但同时使得原本陡峭的信号包络上升沿变为比较平缓的斜线，导致检测到的第一个过门限点的时刻与真实TOA出现较大偏差。

近年来有相关领域学者提出如自卷积法、自卷积-LS法、倒叙相关累加法、小波变换法等用于盲脉冲信号的TOA估计方法，此类方法多是在过门限检测的基础上，得到信号起始、结束时间的粗测量，并提取出信号或信号包络，再进行某种更先进的方法实现TOA的精确估计，一定程度上克服了直接过门限检测法精度过低的问题。但上述方法通常计算量相当大，在需要实时计算的场合难以适用。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种在低信噪比情况下，适用于任意类型、参数的盲脉冲信号，并且具有估计精度较高、实时性较好、易于硬件实现的TOA估计方法。

本发明的技术方案是：一种基于时域自相关积累过门限检测，并对直接过门限检测TOA估计的结果进行修正的TOA估计方法，其主要特点在于利用了信号及其包络的概率模型，并通过数学推导得到滑动窗口内有效信号点数的估计值，再以此对直接过门限检测得到的结果进行修正，最终得到TOA及脉冲宽度(PW)的精确估计值，实现流程包括以下步骤：

a.对输入信号x[n]计算其时域自相关积累值。

a1.先进行长度为N的延时自相关运算：